8．1．3 位涡思想的应用

1．位涡及其分析方法

位涡作为一个综合反映大气动力学、热力学性质的物理量，无论在理论研究，还是在实际天气分析预报中都有着广泛的应用。位涡可以写成

(8.3a)

在静力平衡条件下，位涡可近似为

(8.3b)

由此可以将位涡理解为是绝对涡度与静力稳定度的乘积。在某种意义上可以说，位涡是绝对涡度与涡旋有效厚度之比值的一个度量，在(8.3b)

b)式中的负号决定了在北半球，位涡数值在通常情况下为正。对于典型的中纬度天气尺度运动，我们有

(8.4)

和

(8.5)

由此可以估算出位涡的数量级为

(8.6)

这里PVU定义为位涡单位。在实际大气中，一般可以认为在几天之内大气的位涡保持不变。但是当大气中有显著的凝结过程发生时，在加热区下方，大气的位涡增大，而在其上方位涡减小，其变化量可达到每天一个PVU，这时如果空气仍停留在凝结区时，则其影响将是很明显的。

如图8.6为经向剖面上100hPa以下气层位涡和位温的分布示意图。图中θ=315K等位温面的分布，呈现出自热带地区对流层低层向中纬度地区对流层顶方向倾斜上升，然后在平流层中开始变平的现象。位涡向上和向极地方向增大，在对流层中位涡一般小于1.5个PVU，而平流层中的位涡大于4个PVU。图中很清楚地显示出，在对流层顶附近位涡从1.5个PVU突然增大到4个PVU，然后在平流层中位涡随高度迅速增大。

根据实际天气分析预报工作需要，通常有三种位涡分析方法，即在等位温面上分析等位涡线，亦称等嫡位涡分析(IPV分析)；在等位涡面上分析等位温线，亦称等位涡位温分析(iso-PV分析)；以及分析等位涡面的位势高度，亦称动力对流层顶(dynamic tropopause)分析。由于PV和θ在绝热条件下的守恒性，前两种分析方法对于诊断某一时段内模式大气，或实际大气的运动状况是比较理想的。

在作IPV分析时，一般选取与极锋地区对流层顶相重合的等位温面，在北半球冬季可取θ=315K，夏季取θ=325K。在这两个特殊的θ面上，PV=2(或3)的等值线可以被看作是，来自低纬地区对流层低值PV大气，与来自高纬地区平流层高值PV大气之间的边界。通常称在很高纬度地区能够发现的平流层大气为平流层大气库(stratospheric reservoir)。显然，在绝热、无摩擦条件下，等PV线将在这两个θ面上作平流运动。等熵位涡分析中经常可以见到，高值位涡区伸向南方的正位涡异常区，和低值位涡区指向北方的负位涡异常区，这些位涡异常区随空中气流作平流运动，其形状发生改变，有时甚至从源地被切断。因此，利用位涡异常区的这种物质守恒性质，可以识别和追踪大气扰动的演变过程。

在作等位涡位温分析和动力对流层顶分析时，通常选取PV=2这个特殊的等位涡面。这是由于PV=2介于平流层大气PV和对流层大气PV数值之间，在副热带急流以北地区PV=2的等位涡面，接近于实际大气的对流层顶，一般称之为动力对流层顶。因此，在这个位涡面上作分析的意义是显而易见的。在PV=2的面上，θ数值较低的大气对应于高纬地区大气，而θ数值较高的大气对应于低纬大气。在绝热条件下，等θ线也将作平流运动。分析PV面的位势高度具有两个优点，一是它可以直接反映正的位涡异常对低空大气的影响程度，当对流层顶(局地正的位涡异常)下降时(例如处于一个发展着的气旋后部)，相应地PV=2的等位涡面的高度下降，对地面系统发展的影响加大；二是PV=2的等位涡面高度与业务工作中常用的对流层顶高度图的关系密切，两者的图形十分相似，而且在PV=2面上的特征更为明显。

如图8.7所示为一次500hPa冷槽形势下的三种位涡分析图实例。对应于500hPa高度槽区，在315K面上表现为来自高纬平流层大气的高PV区，在PV=2面上表现为来自高纬大气的θ低值区，在PV=2高度图上则显示出动力性对流层顶降低的特征。值得注意的是，在位涡分析图上显示出比等压面图上更为精细的特征。

　　本文标题：位涡思想的应用
　　手机页面：http://m.dljs.net/dlsk/tianqixue/10662.html
　　本文地址：http://www.dljs.net/dlsk/tianqixue/10662.html